水生态修复技术在城市河道污染治理工程中的应用

2020-10-27王睿谭映宇王震李亚任旭锋徐佳佳

环境与可持续发展 2020年3期

王睿，谭映宇，王震，李亚，任旭锋，徐佳佳

(浙江省生态环境科学设计研究院，杭州 310007)

近年来，随着我国经济的发展以及城市化和工业化进程的不断加快，人民的生活水平不断提高。然而由于河道流域产业结构和布局不合理及人们对环境认识的不足，使得大量未经处理或者处理后未达到排放标准的城市污水排入城市内河中，超出了河道水体的自净能力，导致水体发黑发臭，严重影响了城市水体的景观和人民生活[1]。国内外诸多学者对城市河道治理技术进行了探究，取得了一系列成果，目前仍在进一步探索中[2-9]。

河道生态修复是利用生态学原理和技术，通过河道水污染控制、水量和水流态的调节，以及河道河底和岸坡形态结构的生态改造，恢复河道生物多样性，重建河道生态系统的结构和功能，使之达到良性的自然生态平衡[10]。水生生态系统修复技术如人工曝气可提高水体中的溶解氧(DO)含量，提高水体的自净能力，促进水体生态系统的恢复[10]；生态浮床不仅可以提高水体的净化效果还可以增加水体的景观效果[11-13]；微生物强化技术可以加强微生物降解污染物的能力。我们综合这些技术对温瑞塘河—丰湖河的水环境生态修复进行了应用研究。

温瑞塘河(环城河)整治是浙江省“811”环境保护新三年行动计划之一，而在温瑞塘河(环城河)进行生态修复工程试点是温瑞塘河(环城河)整治的内容之一。丰湖河是温瑞塘河(环城河)的一部分，两岸居民密集，是城市重要的景观河道，是人们重点关注和政府重点治理的河道之一，同时丰湖河下游有益民水闸控制，具有一定的独立性。根据瑞安市环境监测站以往的监测结果，该河段中超标较为严重的水质指标分别是NH3-N、DO、BOD5和石油类，水质类别为劣Ⅴ类，水污染特征为有机污染，主要的污染来源是沿河居民排放的生活污水。该试点工程于2009年清淤并进行河道保洁后，丰湖河的水质相对有所改善，但松甬河河段水质在未补水或降雨较少的情况下，水体水质恶化速度明显，黑臭现象尤为严重。因此，对受污染的丰湖河水体进行治理修复是瑞安市生态环境建设的迫切需要。

1 材料与方法

1.1 生态修复技术

丰湖河位于瑞安市旧城区玉海街道辖区内，工程河段从益民水闸至两面河交汇口，全长约740m，河段水深平均约2.0m，河宽6m～15m；其支流松甬河河长280m，河宽4m～30m。工程河段内淤泥已于2009年完成疏浚，疏浚后的河底高程平均为0.7m(黄海高程)。

为了选择适合丰湖河水环境生态的修复措施，在实地调研的基础上，通过对国内成功案例的实地踏勘、专家咨询等多种途径，联合多家在水体修复领域有较好经验和技术专长的企事业单位，制定丰湖河的治理方案为生态浮床+微孔曝气+微生物组合技术。该技术利用微孔曝气提高水体DO，利用微生物来降解水体中的污染物，利用浮床提高水体净化能力并增加水体的景观效果，通过三种方法的共同作用来改善水质。

1.1.1 微生物处理技术

微生物处理技术是利用投加微生物的方法来消除水体中有机污染及水体富营养化。本次工程采用的是河海大学自主研发的“本源微生物菌剂及XL生物促进剂”。该菌种具有除臭效果明显、削减污泥能力强、施工简便等优点。根据实验室模拟结果和现场经验，在被治理河道投加本源微生物菌3.1t，XL促进剂1.5t。

1.1.2 曝气复氧技术

河道曝气复氧技术是人工向水体中充入空气或氧气，加速水体复氧过程，以提高水体DO浓度的技术。该技术具有削减底泥、抑制藻类、消除水体黑臭等功效。根据河流富氧公式计算和实地工程经验，本次工程人工曝气充氧选用的曝气量为6.92m3/min，同时考虑风机运行时受到的水深压力和管道的沿程阻力，选用风机的升压为39.2kPa，据此选用的风机型号为MFSR100。另外，考虑到风机运行的实际状况，风机选用2台(1用1备)。

1.1.3 生态浮床技术

生态浮床是指将植物置于浮在水面的床体上，利用植物根系吸收水体中的污染物质从而达到净化水体的目的。生态浮床不仅能够吸收氮、磷等营养物质，而且还具有一定的景观美化作用。本次工程设计浮床的种植面积为500m2，其中挺水植物浮床300m2，浮水植物浮床200m2；覆盖面积比纯植物措施覆盖面积要小，约占总水面面积的8%左右。浮床以长方形和六边形为主，沿河岸间隔排列。本次方案中使用的植物是浮水植物粉绿狐尾藻和圆币草，挺水植物为黄菖蒲、常绿水生鸢尾和美人蕉。

1.2 取样及分析方法

1.2.1 取样方法

试点河道共布设了六个监测断面，分别为1#广场路(河段外上游的对比断面)、2#电业局、3#丰湖桥、4#丰湖街支流、5#环城路东侧和6#白岩桥，采样点分布见图1。监测时间除了2010年7月20日所取的背景样以外，还在工程建设过程中以及完工后进行了取样分析，具体时间分别为2010年11月8日、11月11日、12月9日、12月27日、2011年1月11日、2月22日、3月23日、4月27日、5月25日、6月30日、7月26日和8月31日。监测指标为CODMn、NH3-N、DO、色度及对水体感官五项，其中色度和感官变化的测定为试点河道全河道监测，CODMn、NH3-N和DO的测定位于3#丰湖桥，此处有一个瑞安市环境监测站在丰湖河设置的常规监测断面(单月监测)。

1.2.2 分析方法

CODMn的测定采用高锰酸钾法、色度的测定采用稀释倍数法、NH3-N的测定采用纳氏试剂分光光度法、DO的测定采用便携式溶氧仪。

2 结果与分析

2.1 水体感官变化

工程实施前和实施后水体感官监测结果见表1。

图1 丰湖河治理河段水质监测取样点位置图

从表1可以看出，工程实施前，水体感官为淡黄、清；工程实施后，除2010年12月9日外，其他时期水体感官为无色、清，要优于工程实施前。2010年12月9日水体呈淡黄色，微浊，主要原因是微生物投菌结束后，在1～2个星期内微生物在底泥中大量繁殖，通过厌氧作用消耗河底的底泥，导致底泥疏松，小团的底泥浮出水面，肉眼看水体呈微浊状态。

2.2 CODMn变化

2009—2011年丰湖河施工前和施工后CODMn的变化趋势如图2所示，其中2009—2010是指2009年9月—2010年9月，2010—2011是指2010年11月—2011年8月(2010年11月和2010年12月均有两次监测，取平均值)，以下同。

从图2中可知，除了4月—5月，其余时间段的CODMn均比施工前好。从整体趋势上看，11月—次年3月施工后的水质明显优于施工前，从4月开始，二者水质较为接近，其原因是2011年1月初瑞安供电所处的隔水坝拆除后，丰湖河水流加速，水力停留时间缩短，处理效果减弱。6月在试点河段上游两面河处修建了一座隔水坝，所以从6月开始施工后水质优于施工前。但该隔水坝的最高处离水面还有20cm，在夏季水量大的时候过水较多，在一定程度上影响了试点河段的治理效果。从年平均水平看，2009—2010年的年平均值为6.4mg/L，2010—2011年的年平均值为4.6mg/L，改善程度为28%。这表明采取生态措施后，水体的CODMn改善效果明显。

表1 丰湖河水体感官监测结果

图2 丰湖河CODMn浓度的变化趋势图

2.3 色度变化

水的色度是对天然水或处理后的各种水进行颜色定量测定的指标。天然水经常显示浅黄、浅褐或黄绿等不同的颜色。水的颜色是由于溶于水的腐殖质、有机物或无机物质所造成的，经过污染的水也会呈现不同的颜色。表2为丰湖河监测的色度变化情况，图3是水质色度变化趋势图。

图3 丰湖河水质色度的变化趋势图

从表2和图3可见，2010年7月20日色度最高，达到35；项目施工后，色度开始下降。在2010年11月8日—2011年2月22日这段时间内，河道内的色度基本高于年平均色度，原因是微生物投加至河道后，扰动了底泥，底泥疏松被水流带起，致使水体色度上升。2011年2月22日之后，气温上升，微生物繁殖速度加快，对河水中腐殖质等的削减作用明显。同时，浮床植物开始生长，对水中氮、磷等营养物质的吸收逐渐加快，水中无机物质也逐渐下降。因此，水的色度逐渐下降。从整体趋势上看，施工后的色度均低于施工前，这表明经过治理后河水比治理前清澈，水质有所好转。

2.4 NH3-N变化

2009—2011年丰湖河施工前和施工后NH3-N浓度的变化趋势如图4所示。

图4 丰湖河NH3-N浓度的变化趋势图

从图4中可知，投菌后第一个月和第二个月NH3-N值优于投菌前，其余时间内均劣于施工前。2010年12月微生物投菌结束后，微生物大量繁殖，氧化水中的NH3-N使得河水中的NH3-N有所下降。但是，自2011年1月初堰坝拆除后，微生物有所流失，也影响了去除效果。据国内相关研究，湖泊或河道在疏浚后一段时间内水质明显变好，但一段时间后，由于底泥的再沉降，水质又会很快恶化。丰湖河疏浚已有一年，由于上游污染不断进入，会有底泥逐渐沉降，因此，水质也会慢慢恶化。此外，在现场发现，1#点对面的施工工地时有施工废水渗漏，也在一定程度上加剧了河水中的NH3-N含量，而且由于不同年份水文条件以及外源输入情况的不同，也会导致不同年份之间水体水质有较大差异。从年平均上看，2009—2010年的年平均值为4.06mg/L，2010—2011年的年平均值为7.76mg/L，大于施工前的数值，增长率为91%。